自动上下料机器人和末端夹持机构设计

如今硫化机技术已逐渐实现自动化、智能化，但是相应的上下料系统却发展较慢，自动化程度较低，因此，实现硫化机自动上下料的需求十分迫切。为此，针对工作对象，设计的机器人和末端夹持机构有如下详述。

一、机器人的工作对象和负载

机器人的工作对象为轮胎，如图1所示，包括生胎和成品胎；二者在性质和尺寸上都有差别，生胎较软，成品胎较硬，成品胎较生胎外圈直径较大、内圈直径较小、高度较小。每个轮胎净重约为3Kg。此外，由于成品胎与模具黏合较紧，取胎时轮胎对机器人末端夹持机构有500~600N 的冲击力。

图1

二、机器人的工作空间

如图2为机器人工作相对位置图，图3为相对高度图。

图2

图3

三、机器人总体结构设计

轮胎装卸机器人采用圆柱型工业机器人，直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力，能够伸入型腔式机器内部。下图机器人具有三个自由度，即两个移动副、一个旋转副：底座与其他部分之间为移动副、腰部与底座间为旋转副、小臂与大臂之间为移动副。

图4 机器人主要结构图

四、机器人末端夹持机构的设计

机器人本体是机器人末端夹持机构运动到定点的基础，而机器人手爪（末端夹持机构）是机器人胜任预期任务的基础，因此设计三套机构：内撑机构用于完成抓取和定型、下压机构用于完成生胎安放、外推机构和内撑机构共同完成成品胎抓取。

4.1内撑结构的设计

由于必须使轮胎内径完全与夹持机构相接触，所以通过内撑力使轮胎定型。内撑机构由五个相同的连杆机构组成，并呈圆形排列。每个连杆机构由三个连杆组成，但机构曲柄由一圆盘代替，因此可视为一个四连杆机构。

图5 內撑机构示意图

4.2下压结构的设计

内撑结构抓起轮胎之后，其中的五个圆弧会构成一个整圆与轮胎内径完全接触。当轮胎运送至模具上方后，气缸收缩，此时由于生胎较为柔软，会立即变形，无法顺利进入模具。因此设计下压机构，用一个双滑块机构实现水平方向运动与竖直方向运动的转换。

图6 下压机构示意图

4.3外推机构的设计

外推机构由三组推手组成，每组推手有两个推动装置。其中一个由气缸推动直接前进；另一个由气缸、平行四边形机构、双滑块机构组成，沿椭圆曲线作平动。控制两个推动装置动作的时序，可以完成抓取任务。

图7 外推机构示意图

4.4夹持机构总体效果

图8 正视图

图9 俯视图